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美国国家能源技术实验室研究燃料电池内部的微观结构,可以提高化石燃料的耐用性和经济性

2017-04-12 111浏览 标签: 燃料电池

2017年4月10日,美国国家能源技术实验室(NETL)官网公布消息称,通过研究燃料电池内部的微观结构,可以提高化石燃料的耐用性和经济性。

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种非常有前途的技术,可以使用化石燃料高效地产生能量,且具有无移动部件和低排放的优点。但是当前系统需在700到1000摄氏度之间运行才可获得最大的效率。较高的操作温度会缩短系统的使用寿命,需要更频繁地更换燃料电池堆。较低的操作温度会延长系统的使用寿命,但要获得相同的性能便会驱动成本上升。

NETL的研发人员希望通过深入研究燃料电池的微观结构,获得能在较低温度下有效运行SOFC的解决方案,延长使用寿命。燃料电池是依靠组件的催化活性和导电性产生电能的电化学装置。微观组织的变化会对电池的性能产生很大影响。在研究提高SOFC经济性的过程中,NETL系统分析专家表示退化是一个关键问题。随着时间的推移,退化会造成性能的持续下降。对SOFC而言,退化可以有不同的表现方式,但最终的结果都是改变电池的活性区域并缩短使用寿命。

目前,NETL主要研究两种类型的退化:粗化和相互扩散。  

 

 


NETL的模拟结果

 

粗化与燃料电池表面积的损失有关。SOFC在高温下运行。随着时间的推移,组成SOFC电极的颗粒会长大或粗化。当材料发生粗化时,它们的表面积会变小,这也意味着电池活性区域的减少。如上图所示,红色和黄色立方体表示随着时间的推移材料发生的粗化,紫色区域表示伴随的反应性损失。

相互扩散描述了不同燃料电池组件之间界面组成发生的变化。这种混合改变了SOFC的组成,并且改变了界面处材料的活性和导电性。由于这些特性的变化,电池性能也会发生改变。



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